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Conocimiento general de la aeronave · tema 3

La aeronave

50 conceptos48 preguntas24 % de fallo medioLectura: 20 min
En 30 segundos
  • La estructura es el esqueleto que reparte las cargas; el fuselaje es solo el cuerpo del avión.
  • Monocasco: la piel lo lleva todo. Semimonocasco: piel, cuadernas y larguerillos. Reticular: tubos en triángulo.
  • Los mandos rinden con la presión dinámica; el tren convencional lleva el CG detrás de las ruedas.
1

La célula: fuselaje, ala, cola y tren

Despiece en 3DArrastra para girar · elige una pieza para acercarte
La hélice no es parte de la célula
Pieza
Célula
¿Es célula?
Sí
Despiece
60 %
Cola
Convencional
60 %
Separa las piezas para ver de qué está hecha la célula.
Cola
Pieza

Célula completa. Fuselaje, ala, cola y tren con sus mandos forman la célula: la parte de la aeronave que vuela y aguanta las cargas. La estructura de cada pieza reparte las cargas y las pasa a las demás.

Célulaairframe
Fuselaje, alas, superficies de cola, mandos de vuelo y tren de aterrizaje. No incluye el motor ni la hélice.
Estructura
Esqueleto resistente de la aeronave: da la forma y reparte y transmite las cargas durante la operación.
Fuselaje
Cuerpo del avión: aloja a la tripulación y la carga y une las alas, la cola, el tren y el motor.
Ala
Superficie sustentadora principal. Por dentro lleva largueros y costillas; en el borde de salida, alerones y flaps.
Empenajesuperficies de cola
Toda la cola: estabilizador horizontal con el timón de profundidad, y estabilizador vertical o deriva con el timón de dirección.
Cola en T
El estabilizador horizontal va encima de la deriva, formando una T. Queda fuera de la estela del ala y de la hélice.
Estabilidad
Tendencia del avión a volver a su equilibrio tras una perturbación. La dan sobre todo el estabilizador horizontal y la deriva: ver Estabilidad.
Por qué pasa

La célula es una cadena de piezas que se pasan cargas. El ala sostiene el avión y entrega su sustentación al fuselaje; la cola equilibra y gobierna con fuerzas pequeñas, pero con un brazo largo hasta el centro de gravedad; el tren recibe los golpes de la toma. Cada pieza tiene su estructura: el esqueleto interno que reparte esas cargas.

El examen mezcla tres palabras. El fuselaje es el cuerpo que aloja a los ocupantes y une el resto; el empenaje, la cola completa; la estructura, el diseño interno que da forma y reparte las cargas. El motor y la hélice forman el grupo motopropulsor, que tiene sus propios temas: el motor y las hélices.

Quédate con
  • Estructura ≠ fuselaje: es el esqueleto que reparte las cargas.
  • Empenaje: estabilizadores y timones de la cola.
  • Motor y hélice no son célula.
2

El fuselaje por dentro: monocasco, semimonocasco y reticular

Tipos de fuselaje en 3DDeformación exagerada · azul: tracción · ámbar: compresión
Baja el revestimiento para ver el esqueleto
Construcción
Semimonocasco
Lleva la carga
Piel y larguerillos
Material típico
Aluminio
Daño en la piel
Revisar
Construcción
35 %
0 % lo quita; 100 % lo deja opaco.
Carga

Semimonocasco. Cuadernas, largueros, larguerillos y revestimiento que trabajan juntos.

Monocasco
El revestimiento soporta casi toda la carga. Por dentro solo lleva cuadernas o mamparos que le dan forma; no tiene larguerillos.
Semimonocasco
Revestimiento que trabaja junto a un esqueleto de cuadernas, largueros y larguerillos. Es el fuselaje metálico más habitual.
Reticularcelosía
Tubos, normalmente de acero soldado, unidos en triángulos. Los tubos llevan la carga; la tela que los cubre solo da forma.
Cuadernamamparo si es maciza
Anillo transversal que da la forma de la sección del fuselaje. No es una costilla: la costilla es del ala.
Larguero del fuselaje
Pieza longitudinal fuerte que recorre el fuselaje y lleva buena parte de la flexión.
Larguerillo
Pieza longitudinal ligera que rigidiza el revestimiento entre cuaderna y cuaderna.
Revestimiento
La piel del avión: chapa, composite o tela. En el monocasco y el semimonocasco forma parte de la estructura.
Geodésica
Enrejado de piezas curvas cruzadas en diagonal que forman la propia superficie. Es rara; tubos rectos en triángulo son reticular.
Por qué pasa

Un fuselaje aguanta flexión, cuando la cola empuja arriba o abajo, y torsión, cuando el timón de dirección lo retuerce. En el monocasco, como en una lata, la piel lo lleva casi todo: es ligero y limpio, pero una abolladura le quita resistencia. El semimonocasco reparte el trabajo: la piel resiste la torsión, los largueros y larguerillos la flexión, y las cuadernas mantienen la forma.

En el reticular cada tubo trabaja solo a tracción o a compresión, y los triángulos impiden que el conjunto se deforme. Por eso la tela que lo cubre no es estructura: un desgarro no lo debilita; un tubo doblado, sí. Es la construcción de muchos ULM de tubo y tela.

Quédate con
  • Monocasco: piel y cuadernas, sin larguerillos.
  • Semimonocasco: cuadernas, largueros y larguerillos.
  • Reticular: tubos en triángulo; la tela no carga.
3

El ala por dentro y los esfuerzos

Esfuerzos en el ala en 3DAvión de ejemplo de 450 kg · límites +4 / −2 g · deformación exagerada · azul: tracción · ámbar: compresión
Revestimiento transparente para ver el larguero y las costillas
Factor de carga
+4,0 g
Por semiala
900 kgf
Extradós
Compresión
Estado
Dentro de límites
+4,0 g
1 g en vuelo nivelado; +6 y −3 g son la rotura de diseño.
Ala
Dónde actúa la carga

Con +4,0 g la sustentación dobla el ala hacia arriba: la cabeza superior del larguero trabaja a compresión y la inferior a tracción. El esfuerzo es máximo en la raíz, donde el ala se une al fuselaje.

Larguero del alaviga principal
Viga que recorre el ala de la raíz a la punta y aguanta la flexión. El banco de preguntas llama «viga principal» al larguero principal.
Costilla
Pieza con la forma del perfil, de borde de ataque a borde de salida. Da forma al ala y pasa la carga de la piel al larguero.
Montanteriostra
Barra que une el ala con la parte baja del fuselaje. Quita al larguero casi toda la flexión de la raíz.
Carga estructural
Fuerzas y momentos que actúan sobre la estructura: sustentación, peso, ráfagas, mandos y toma.
Tracción
Esfuerzo que tiende a alargar una pieza.
Compresión
Esfuerzo que tiende a acortarla. Una pieza larga y delgada a compresión puede doblarse de golpe: pandea.
Flexión
Esfuerzo que tiende a curvarla: estira una cara y comprime la otra.
Torsiónesfuerzo
Esfuerzo que tiende a retorcerla, girando unas secciones respecto a otras. No es la torsión geométrica del ala, que es un ángulo de diseño: dónde empieza la pérdida.
Cizallacortadura
Esfuerzo que tiende a deslizar una sección sobre la vecina. En el larguero lo lleva el alma, la chapa entre las dos cabezas.
Resistencia estructural
Capacidad de la estructura para aguantar las cargas dentro de sus límites de diseño. Límites, carga de rotura y envolvente: Límites operativos.
Por qué pasa

En vuelo la sustentación empuja el ala hacia arriba y el fuselaje la sujeta por la raíz: el ala trabaja como una viga en voladizo y se flexiona. La cara de arriba se comprime y la de abajo se estira. Por eso el larguero tiene dos cabezas, una arriba y otra abajo, unidas por un alma que lleva la cizalla. El esfuerzo crece con el factor de carga y es máximo en la raíz.

Si la carga no pasa por el larguero, además retuerce el ala: es la torsión. El montante cambia el reparto: con +g trabaja a tracción y alivia la raíz; con −g, o en tierra con el peso del ala, pasa a compresión. Con −g todo se invierte y el extradós trabaja a tracción.

Quédate con
  • Con +g, extradós a compresión e intradós a tracción.
  • El ala es la pieza que más sufre el factor de carga.
  • Montante a tracción en vuelo; a compresión con −g.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
450 kg · límite +4 g · factor de seguridad 1,5
A +4 g
450 × 4 = 1.800 kgf de sustentación
Por semiala
1.800 ÷ 2 = 900 kgf, sin contar el peso del ala
Rotura de diseño
1,5 × 4 = 6 g → 450 × 6 = 2.700 kgf
Resultado
Hasta +4 g sin daños; hasta +6 g sin romper
4

Fatiga, vida útil y mantenimiento de la célula

Curva de Wöhler
Vida de una grieta
Curvas cualitativas, sin escalaMarcas del eje: inspecciones periódicas
Fatiga estructural
Daño que acumulan las cargas repetidas, aunque cada una esté muy por debajo de la de rotura. Acaba en grietas.
Durabilidad
Capacidad de la célula de mantener sus propiedades con el uso y el entorno: humedad, sol, calor y corrosión.
Vida útil
Uso admisible de la célula o de una pieza, en horas, ciclos o años, que fija el fabricante. Al llegar, se sustituye o se revisa a fondo.
Integridad estructural
Estado en el que la estructura puede hacer su función resistente prevista: sin grietas críticas, corrosión ni daños.
Mantenimiento de la célula
Inspecciones, reparaciones y sustituciones para conservar o recuperar ese estado, según el programa del fabricante. Quién lo hace y cómo se anota: Aeronavegabilidad y documentación.
Corrosión
Ataque químico del metal por la humedad y el ambiente. Le quita material y abre el camino a las grietas.
MaterialDóndeQué lo dañaQué miras
Aluminio remachadoSemimonocasco y alas metálicasCorrosión y fatiga en remaches y unionesGrietas, polvo negro alrededor de los remaches, arrugas en la piel
Tubo de aceroFuselajes reticularesCorrosión, también por dentro del tubo, y golpesÓxido, soldaduras agrietadas, tubos doblados
MaderaLargueros y costillas de algunos ULMHumedad y fallo de los encoladosManchas, olor a humedad, holguras
TelaRevestimiento de reticulares y alasRayos ultravioleta y desgarrosTela descolorida, floja o que cede al presionar
Materiales compuestosFuselajes monocascoGolpes que despegan las capas por dentro y calorZonas blandas, grietas en la pintura, sonido hueco

Guía general. Lo que manda es el manual de mantenimiento del fabricante.

Por qué pasa

Una pieza que aguanta 6 g una vez puede romperse con miles de cargas pequeñas. Cada ciclo (una ráfaga, una toma, un viraje) abre un poco una grieta microscópica, casi siempre donde se concentra la tensión: un taladro, un remache, una esquina. Durante mucho tiempo no se ve; después crece cada vez más deprisa hasta una longitud crítica en la que la pieza rompe sin avisar.

Por eso la célula tiene una vida útil y un programa de inspecciones: la grieta hay que encontrarla cuando ya se ve y antes de que sea crítica. La corrosión, la humedad y el sol aceleran el daño. En la prevuelo buscas sus huellas, y tras pasar un límite, como la VNE o el factor de carga, se inspecciona antes de volver a volar (límites del manual).

Quédate con
  • La fatiga rompe con cargas pequeñas y repetidas.
  • Las grietas nacen en remaches, taladros y uniones.
  • El fabricante fija vida útil e inspecciones.
5

Mandos de vuelo: de la palanca a la superficie

Cadena de mando en 3DAvión en rayos X · desviaciones exageradas · flechas: fuerza del aire en la superficie y en la palanca
Arrastra para girar · rueda para acercar
Accionamiento
Cables y poleas
Superficie
Dcho. 12° ↑
Presión dinámica
473 Pa
Fuerza vs 100 km/h
× 1,0
Mando
60 % a la derecha
Al centro, las superficies quedan neutras.
100 km/h
q = ½ · ρ · V²: el doble de velocidad, cuatro veces la fuerza.

Palanca a la derecha: los cables tiran de las bieletas del ala, el alerón derecho sube y el izquierdo baja. Un cable de compensación une los dos alerones. A 100 km/h, la referencia: con el doble de velocidad la fuerza sería cuatro veces mayor.

Mando en cabinaSuperficieEje y movimientoAccionamiento típico
Palanca a los ladosAleronesLongitudinal · alabeoManual: cables y poleas o varillas
Palanca adelante y atrásTimón de profundidadTransversal · cabeceoManual: varilla o cables
PedalesTimón de direcciónVertical · guiñadaManual: cables
Rueda, palanca o interruptorCompensadoresQuitan esfuerzo en su ejeManual o eléctrico
Palanca o interruptorFlapsCambian la configuraciónManual o eléctrico
Maneta o punta de los pedalesFrenos de las ruedasEn tierraHidráulico
Palanca del trenTren retráctilConfiguraciónEléctrico o hidráulico, según el modelo

Lo típico en un ULM de tres ejes; el de tu avión está en su manual de vuelo.

Control de la aeronave
Capacidad de cambiar a voluntad su actitud y su trayectoria con los mandos.
Superficie de control primaria
Alerones, timón de profundidad y timón de dirección: mandan el giro sobre los tres ejes.
Superficie de control secundariao auxiliar
Compensadores, flaps, slats y spoilers: ajustan el equilibrio o la configuración; no son el mando principal.
Accionamiento manual
Tu fuerza llega a la superficie por cables, poleas, bieletas o varillas. Sientes en la palanca lo que hace el aire.
Accionamiento eléctrico
Un motor eléctrico mueve la superficie al pulsar un interruptor. No sientes su posición: necesita indicador.
Accionamiento hidráulico
Un líquido a presión transmite la fuerza. En los ULM, sobre todo en los frenos y en algunos trenes retráctiles.
Presión dinámicaq = ½ · ρ · V²
Presión que ejerce el aire por la velocidad. De ella depende la fuerza de cada mando, y es lo que mide el anemómetro.
Compensadortrim
Sostiene el mando en una posición sin esfuerzo. Los hay de cabeceo, de alabeo y de guiñada o dirección; no da estabilidad. Cómo trabaja la aleta: ejes y mandos.
Carga asimétrica
Más peso en un lado, por ejemplo combustible en un solo depósito de ala. Es permanente: pide alerón sostenido o compensador de alabeo (estabilidad lateral).
Autoridad del timón de profundidad
Capacidad de cambiar el cabeceo. Con el CG adelantado hace falta más recorrido y más fuerza: centrado y mando.
Transferencia negativa de hábitos
Aplicar sin querer un hábito aprendido donde no sirve. Del pendular al de tres ejes los mandos van al revés: en el pendular, empujar la barra sube el morro.
Por qué pasa

Cada mando primario desvía el aire en una superficie lejos del centro de gravedad, y esa fuerza, por su brazo, gira el avión. La fuerza depende de la presión dinámica, ½ · ρ · V²: con la mitad de velocidad hay la cuarta parte de fuerza. Despacio, cerca de la pérdida, los mandos están blandos y piden más recorrido; deprisa, basta poco recorrido y la palanca está dura.

La presión dinámica es lo que mide el anemómetro, así que la efectividad va con la velocidad indicada: en altura, a la misma IAS, los mandos rinden igual; a la misma velocidad verdadera, la IAS es menor y rinden menos. Con un accionamiento eléctrico no sientes nada: lo que pides con el interruptor no es lo que hace la superficie hasta que lo ves en el indicador.

Quédate con
  • Palanca a la derecha: alerón derecho arriba, izquierdo abajo.
  • Despacio, mandos menos efectivos, no más sensibles.
  • El compensador quita esfuerzo; no da estabilidad.
Ejemplo resuelto
Datos
Aire al nivel del mar · ρ = 1,225 kg/m³
A 100 km/h
½ × 1,225 × 27,8² ≈ 473 Pa
A 50 km/h
473 ÷ 4 ≈ 118 Pa
A 200 km/h
473 × 4 ≈ 1.890 Pa
Resultado
Doble de velocidad, cuatro veces la fuerza del mando
6

Flaps, slats y spoilers: tipos y efectos

Hipersustentadores en 3DFlujo esquemático · aumento de CL máx de perfil orientativo (Raymer, tabla 12.2): simple o de intradós 0,9 · ranurado 1,3 · Fowler 1,3 × c′/c · slat 0,4 × c′/c
Línea azul: aire por la ranura · rojo: flujo desprendido
Qué cambia
Cuerda y curvatura
CL máximo
Alto
Resistencia
Media
Superficie
Mayor
Dispositivo
24°
Recogido a la izquierda; a fondo a la derecha.

Flap Fowler. Primero retrocede por unos carriles, con lo que aumenta la cuerda y la superficie del ala, y después baja y abre una ranura. La ranura mantiene el flujo pegado: más CL máximo con menos resistencia que un flap simple.

Dispositivos hipersustentadores
Suben el CL máximo para volar más despacio sin entrar en pérdida, a cambio de más resistencia. La curva CL–α y la pérdida: Fuerzas aerodinámicas.
Flap simple
Parte trasera del ala que gira sobre una bisagra y aumenta la curvatura del perfil.
Flap de intradóspartido
Solo baja una chapa de la cara inferior. Da sustentación y mucha resistencia.
Flap ranurado
Al bajar deja una ranura con el ala: el aire del intradós sopla sobre el flap y retrasa el desprendimiento.
Flap Fowler
Retrocede por unos carriles y después baja: aumenta la superficie y la curvatura. Es el que más CL máximo da.
Slat
Pieza del borde de ataque que avanza y abre una ranura. El ala aguanta más ángulo de ataque; si es fija, se llama ranura.
Spoiler
Panel del extradós que se levanta: rompe el flujo, quita sustentación y frena. Sirve de aerofreno o, uno solo, para alabear.
Cabeceo al mover flaps
Cambian la sustentación, el centro de presiones y la estela sobre la cola. El sentido depende del avión; se compensa siempre (flaps en la aproximación).
Intención y estado real
Lo que pides con la palanca o el interruptor no es lo que hace el sistema hasta que lo compruebas: pides 20° y el flap puede quedarse en 10°.
Por qué pasa

Todos buscan lo mismo: que el ala dé más sustentación antes de entrar en pérdida. El flap simple curva el perfil; con mucha deflexión el aire ya no sigue la superficie y la resistencia se dispara. El ranurado y el Fowler abren una ranura: el aire de abajo, a más presión, sopla sobre el flap y lo mantiene pegado. El Fowler, además, aumenta la superficie al retroceder. El slat hace lo mismo en el borde de ataque y retrasa la pérdida a más ángulo.

Al sacar o recoger flaps cambia el equilibrio de momentos. En muchos aviones de ala alta el morro sube al bajarlos; al recogerlos, el avión pierde sustentación y se hunde. Con el CG retrasado el encabritamiento se nota más, porque queda menos estabilidad que lo frene. Se compensa siempre y, con flaps eléctricos, se comprueba la posición en el indicador.

Quédate con
  • Flaps: más CL máximo y más resistencia.
  • Fowler, más superficie; slat, más ángulo.
  • Al mover flaps, compensa y mira el indicador.
Ejemplo resuelto · avión de ejemplo
Datos
VS1 65 km/h sin flaps · VS0 57 km/h con flaps
CL máx y pérdida
CL máx ∝ 1 ÷ V² → (65 ÷ 57)² ≈ 1,30
Resultado
Los flaps suben el CL máximo un 30 %
7

Tren de aterrizaje: triciclo, convencional, fijo y retráctil

Tren triciclo y convencional en 3DCarrera tras la toma con el avión de ejemplo · desvío exagerado
Línea azul: trayectoria · flecha: fuerza lateral de las ruedas
CG frente a ruedas
Por detrás
Actitud en tierra
Morro arriba
Desvío a los 3 s
75°
Resultado
Caballito
Tren
6°
Morro torcido respecto a la trayectoria, por ejemplo por viento cruzado.

Convencional: el CG va por detrás de las ruedas principales. La fuerza lateral de las ruedas, delante del CG, hace girar el avión cada vez más: con los pies quietos acaba en un caballito (ground loop). Es el hábito del triciclo aplicado donde no sirve.

TipoVentajaInconvenienteQué vigilar
TricicloEstable en tierra y buena visibilidadRueda de morro delicada en campos malosNo cargar la rueda de morro en la toma
ConvencionalHélice más alta del suelo; bueno en hierbaCG detrás de las ruedas y morro altoPies activos hasta parar; rodar haciendo eses
FijoSencillo, ligero y sin mecanismo que falleMás resistencia en vueloAmortiguadores, neumáticos y carenados
RetráctilMenos resistencia y más velocidadMás peso, más complejidad y riesgo de tomar sin trenTren abajo y blocado en el indicador
FlotadoresOperar desde el aguaPeso y resistenciaAgua dentro de los flotadores

Ventajas e inconvenientes generales; los procedimientos de tu avión, en su manual.

Tren de aterrizaje
Conjunto que apoya el avión en tierra, le permite rodar y absorbe y pasa al fuselaje las cargas de la toma.
Rueda
Elemento que rueda sobre el suelo. Las principales suelen llevar los frenos.
Patín
Apoyo que desliza sin rodar: el patín de cola de algunos convencionales o los esquís.
Flotador
Casco estanco que mantiene el avión sobre el agua. Si lleva ruedas, el avión es anfibio.
Tren triciclo
Dos ruedas principales detrás del CG y una rueda de morro delante.
Tren convencional
Dos ruedas principales delante del CG y una rueda o un patín en la cola. En tierra va con el morro alto.
Caballitoground loop
Giro brusco e incontrolado en tierra de un avión de tren convencional. Puede acabar con un ala en el suelo.
Tren fijo y retráctil
El fijo va siempre fuera; el retráctil se recoge en vuelo y hay que volver a sacarlo.
Por qué pasa

Si tocas con el morro algo torcido, las ruedas principales empujan de lado. En el triciclo esa fuerza actúa por detrás del CG y endereza el avión, como las plumas de una flecha. En el convencional actúa por delante del CG: el giro crece solo y, si no lo corriges, acaba en un caballito. En un convencional la toma no termina al tocar, sino al parar.

Dejar los pies quietos tras la toma es lo que se aprende en un triciclo; llevarlo a un convencional es una transferencia negativa de hábitos. Con el tren retráctil pasa lo mismo que con los flaps: la palanca abajo es lo que pides, no lo que hay. El tren está fuera cuando el indicador lo confirma.

Quédate con
  • Triciclo: CG delante de las ruedas principales, estable.
  • Convencional: CG detrás; pies activos hasta parar.
  • Retráctil: comprueba abajo y blocado, no solo la palanca.
#

Números que caen

3 fuselajesMonocasco (piel y cuadernas) · semimonocasco (más largueros y larguerillos) · reticular (tubos en triángulo).
× 4Con el doble de velocidad indicada, cuatro veces la presión dinámica y la fuerza de los mandos.
1,5Factor de seguridad: la carga de rotura de diseño es 1,5 veces la carga límite (CS-VLA 303).
+4 / −2 gLímites de ejemplo de un ULM de tres ejes (envolvente). Con +g, extradós a compresión e intradós a tracción.
3 compensadoresCabeceo (profundidad), alabeo (alerones) y guiñada (dirección).
≈ 30 %Lo que suben los flaps el CL máximo en el avión de ejemplo: de VS1 65 a VS0 57 km/h.
!

Trampas del examen

Opción incorrecta más elegida en las preguntas del tema · % de fallo real

Error típicoUn fuselaje con cuadernas, largueros y larguerillos es monocasco.
CorrectoEs semimonocasco. El monocasco solo tiene la piel y las cuadernas.
64 %36 resp.
Error típicoLos anillos que dan forma al fuselaje son costillas.
CorrectoSon cuadernas. Las costillas son del ala.
62 %21 resp.
Error típicoLa estructura es el cuerpo del avión que aloja a la tripulación y une las alas.
CorrectoEso es el fuselaje. La estructura es el esqueleto que da forma y reparte las cargas.
52 %31 resp.
Error típicoUna piel con solo cuadernas por dentro es semimonocasco.
CorrectoEs monocasco: sin larguerillos, la piel lleva la carga.
51 %39 resp.
Error típicoUn fuselaje de tubos unidos en triángulos es monocasco.
CorrectoEs reticular: los tubos llevan la carga y la tela solo da forma.
36 %36 resp.